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CIPK基因家族（类钙调磷酸酶B互作蛋白激酶）在植物干旱信号转导过程中具有重要作用。目前,该基因家族在C3和C4光合代谢途径的植物中有广泛研究,但是在景天酸代谢途径（Crassulacean acid metabolism,CAM）植物中未见报道。铁皮石斛（Dendrobium catenatum）附生于基质浅薄而难以截留水分的树皮或石头表面。其叶片和假鳞茎富含多糖和水分,并执行兼性CAM途径,能够有效地应对周期性的干旱胁迫。然而,铁皮石斛CIPK基因家族在抵御干旱胁迫这一生物学过程中的作用是不清楚的。对具有高度抗旱能力的植物进行干旱胁迫应答基因研究,可以跳过自然界进化的时间跨度,直接有效地揭示植物抗旱能力的关键机制。本论文首次在CAM植物中开展CIPK基因家族的研究。首先,在铁皮石斛全基因组及转录组中鉴定了Dca CIPK基因家族成员,对Dca CIPKs的基因结构和系统进化进行了分析;其次,利用该植物不同组织及干旱、低温处理的转录组数据,结合q PCR定量技术对Dca CIPKs的表达量及可变剪切情况进行综合分析;最后,在此基础之上对Dca CIPK3进行了功能研究,鉴定到一个与Dca CIPK3互作的蛋白Dca ABR1,并对干旱胁迫下两者在脱落酸信号转导通路上的作用,进行了分子生物学验证。主要结果如下:1.利用CIPK基因家族保守结构域NAF和Pkinase的隐马尔科夫模型,在铁皮石斛基因组和转录组中鉴定到24个铁皮石斛Dca CIPKs基因家族成员。系统进化和基因结构分析表明,该基因家族在包含单子叶和双子叶植物的多物种里都可分为多内含子和少内含子类型,说明内含子丢失事件发生在单子叶植物和双子叶植物分化之前。转录组分析表明,铁皮石斛与抗旱相关的CIPK基因大都属于少内含子类型,揭示出铁皮石斛可能采取了丢弃内含子的策略,应对周期性的干旱胁迫。2.对不同组织和低温及干旱胁迫处理的叶片进行RNA-seq定量和q RT-PCR定量的结果分析显示,Dca CIPK14在富含多糖的假鳞茎和叶片中大量表达,可以被干旱和低温胁迫诱导,并且和与糖信号转导相关的At CIPK14同源,推测其可能在胁迫处理下的信号转导和能量代谢之间起连接作用;Dca CIPK3、12和16在干旱胁迫下被诱导,可能与抗旱功能密切相关。3.Dca CIPKs可变剪切转录本的昼夜表达分析结果显示,Dca CIPK基因家族成员的可变剪切可能受生物钟影响。q PCR实时定量结果显示,Dca CIPK1、7和15表达量受日夜影响较大,Dca CIPK1在白天不活跃,但晚上表达量很高,Dca CIPK7和15则相反,白天很活跃,晚上表达量较低。Dca CIPK3的总RNA表达量在白天和夜晚区别不大,但转录本的q PCR实时定量结果显示,在干旱处理下,其在白天主要表达transcript5,晚上主要表达transcript2,节律对可变剪切方式的选择有影响。湿润基质对照处理下,总RNA的表达量下调但其对转录本选择的侧重性依然遵循此规律。转录本结构域分析发现,Dca CIPKs可能利用可变剪切对结构域的重组提高了基因的功能多样性,以适应受节律影响的景天酸代谢及干旱胁迫。4.对铁皮石斛中与干旱胁迫相关的重要基因Dca CIPK3进行了深入的功能研究。通过酵母双杂交、双分子荧光互补及亚细胞定位实验证实,Dca CIPK3与Dca ABR1在细胞核互作。转基因拟南芥的表型统计、生理实验及相关基因的q RT-PCR定量结果显示,ABA处理下,Dca CIPK3过表达的拟南芥种子发芽率高于野生型;Dca CIPK3在拟南芥中过表达导致植株抗旱性降低,生长弱小,提前抽薹,抑制了ABA下游抗旱基因的表达;过表达还导致植株过氧化氢产生和消除机制失衡。这表明,Dca CIPK3在干旱胁迫下的ABA信号转导通路上起负调控作用,过表达Dca CIPK3使拟南芥处于类似胁迫的状态,植株为了避免胁迫危害,保证后代延续,可能采取了缩短生命周期,提前进入生殖生长的策略。综上所述,可变剪切通过重组外显子提高了基因的功能多样性;本研究发现,时钟节律影响了铁皮石斛Dca CIPKs的可变剪切行为,Dca CIPKs在不同的时间点采取不同的可变剪切方式以适应自身的CAM代谢过程和外界的干旱胁迫。植物代谢通路的正负调节是维护自身稳态的重要手段,打破平衡会引起植物代谢机制的紊乱。Dca CIPK3的负调节作用与其它积极抵抗干旱的基因互相制衡,形成具有弹性的基因表达网络。这是铁皮石斛抵抗干旱过程中维持稳态的重要机制。在拟南芥中过表达负调节ABA信号通路的基因Dca CIPK3导致其互作蛋白ABR1的上调,级联放大作用抑制下游抗旱基因的表达,植株的过氧化氢产生消除机制被严重破坏。拟南芥为避免伤害,保证后代延续,采取缩短生命周期,提前进入生殖生长的策略。